DE2449392C3

DE2449392C3 - Device for recognizing signs applied to diffusely scattering carriers

Info

Publication number: DE2449392C3
Application number: DE2449392A
Authority: DE
Inventors: Martin Dipl.-Phys. 6101 Hoxhohl Timme
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-10-17
Filing date: 1974-10-17
Publication date: 1981-01-29
Also published as: DE2449392B2; DE2449392A1

Description

Bildimage

u _ ν _ α- Ab
T ~ T ~ b(b + Ab) u _ ν _ α- Ab
T ~ T ~ b (b + Ab)

eingehalten wird, wobei a die Gegenstandsweite, b die Bildweite und Ab die Strecke der Defokussierung in Richtung wachsender Bildweite b sind und a und b mit der Brennweite /über die Abbildungsgleichungis observed, where a is the object distance, b is the image distance and Ab is the distance of the defocusing in the direction of increasing image distance b and a and b with the focal length / via the imaging equation

'ah ? 'ah ?

in bekannter Weise verknüpft sind.are linked in a known manner.

Bei der zweiten Ausführungsform der VorrichtungIn the second embodiment of the device

des Hauptpatents, wobei die optische Anordnung aus der Kombination einer Sammellinse mit eineir Zylinderlinse besteht, wird die Aufgabe nach der Erfindung dadurch gelöst, daß der Abstand zwischen Sammellinse und Zylinderlinse möglichst klein gewählt ist, daß zusätzlich zwischen Sammellinse und Zylinderlinse eine den Pupillendurchmesser der abbildenden Sammellinse einengende Spaltblende vorgesehen ist und daß das Verhältnis der Öffnung U dieser Spaltblende zu der Strichlänge u der auszufilternden geraden Darstellungselemente in den zu erkennenden Zeichen der Beziehungof the main patent, whereby the optical arrangement consists of the combination of a converging lens with a cylindrical lens, the object is achieved according to the invention in that the distance between the converging lens and the cylindrical lens is selected as small as possible, that in addition, between the converging lens and the cylindrical lens, a pupil diameter of the imaging convergent lens narrowing slit diaphragm is provided and that the ratio of the opening U of this slit diaphragm to the line length u of the straight display elements to be filtered out in the characters of the relation to be recognized

j ·j f lh — f\f lh - f \

uu L ' bL 'b

genügt, wobei b die Bildweite, /j die Brennweite der abbildenden Sammellinse S und f_z die Brennweite der Zylinderlinse Z ist und b mit f_s über die Abbildungsgleichung is sufficient, where b is the image distance, / j is the focal length of the imaging converging lens S and f _{z is} the focal length of the cylindrical lens Z and b with f _s via the imaging equation

i 1 1i 1 1

mit a als Gegenstandsweite verknüpft ist Diese Bemessungsregel gilt also nur für den praktisch interessierenden Fall d-* 0.is linked to a as the object distance. This dimensioning rule therefore only applies to the case d- * 0, which is of practical interest.

Während die Spaltblende bei der ersten Autsführungsform des Verfahrens nach dem Hauptpatent unerläßlich ist, dient sie bei der Ausführungsform mit der Zylinderlinse zur Verbesserung der Erkennungssicherheit im Falle nicht optimalen Durchmessers der vorhandenen Sammellinse. Ihre Anwendung erlaubt die Angabe von konkreten Bemessungsregeln, wobei die optische Anordnung unabhängig von der Strichbreite ν der auszufilternden geraden Darstellungselemente bemessen und damit über einen im Verhältnis zur ersten Ausführungsform großen Bereich von Zeichenstrichstärken optimiert werden kann.While the slit diaphragm is indispensable in the first embodiment of the method according to the main patent, in the embodiment with the cylindrical lens it serves to improve the detection reliability in the case of non-optimal diameter of the existing converging lens. Their use allows the specification of specific dimensioning rules, whereby the optical arrangement can be dimensioned independently of the line width ν of the straight display elements to be filtered out and can thus be optimized over a large range of line widths compared to the first embodiment.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die an sich bekannten Verfahren zur Richtungsanalyse derart an die Größe und die Strichdicke der zu verarbeitenden alphanumerischen Zeichen angepaßt werden können, daß die Ergebnisse der Richtungsanalyse bezüglich des erzielten Winkelauflösungsvermögens und des erzielten nutzbaren Kontrastes optimal sind und damit die Leistungen der an sich bekannten Verfahren gesteigert werden.The advantages achieved by the invention are in particular that the known per se Method for directional analysis based on the size and line thickness of the alphanumeric to be processed Characters can be customized so that the results of the directional analysis are achieved with respect to the Angular resolution and the achieved usable contrast are optimal and thus the performance the process known per se can be increased.

Im folgenden wird die Erfindung anhand je eines Ausführungsbeispiels das in der Zeichnung dargestellt ist, näher beschrieben.In the following, the invention is illustrated in the drawing with reference to an exemplary embodiment is described in more detail.

Es zeigtIt shows

F i g. 1 eine Ausführung der Erfindung mit Sammellinse und Spaltblende,F i g. 1 an embodiment of the invention with a converging lens and slit diaphragm,

F i g. 2 eine Ausführung der Erfindung mit Sammellinse und Zylinderlinse.F i g. 2 shows an embodiment of the invention with a converging lens and a cylindrical lens.

Fig. 1 zeigt in der in der geometrischen OptikFig. 1 shows in the geometric optics

üblichen Darstellung den vom Gegenstand—ausgehenden Strahlengang durch die Spaltblende mit der Spältlänge sünd die Sammellinse zur Abbildüngy.usual representation of the beam path emanating from the object through the slit diaphragm with the Splitting length sins the converging lens to the image.

Bei einer nach der Fi g. 1 gegebenen Anordnung, die durch die Größen a, b, fund Ab festgelegt ist, läßt sich mit das Winkelauflösungsvermögen durch Anpassung der Abmessungen s und t der Spaltblende an die Strichlängen u und die Strichbreiten ν der zu verarbeitenden alphanumerischen Zeichen optimieren.In one according to the Fi g. 1 given arrangement, which is determined by the sizes a, b, and Ab , can be optimized with the angular resolution by adapting the dimensions s and t of the slit to the line lengths u and the line widths ν of the alphanumeric characters to be processed.

Zu diesem Ergebnis gelangt man durch die folgenden schrittweisen Überlegungen, die zunächst unabhängig von der F: g. 1 angestellt werden sollen, weil die Fig.! das Problem nur eindimensional in Richtung der Größen u, s bzw. u\ s¹ darstellen kann. Das Winkelauflösungsvermögen ist dann optimiert, wenn die Schwärzung im Zentrum des Abbildes D' eines geraden Darstellungselementes D der Länge u und der Breite ν nur für Winkel a=0 bzw. π ein größtes Maximum erreicht (« ist der Winkel zwischen derThis result can be reached through the following step-by-step considerations, which are initially independent of the F: g. 1 should be employed because the Fig.! can only represent the problem one-dimensionally in the direction of the quantities u, s or u \ s ¹ . The angular resolution is optimized when the blackening in the center of the image D 'of a straight display element D of length u and width ν only reaches a maximum for angle a = 0 or π («is the angle between the

ίο Längsachse des auszufilternden geraden Darstellungselementes D und der Längsachse der Spaltblende).ίο Longitudinal axis of the straight display element D to be filtered out and the longitudinal axis of the slit diaphragm).

Das Abbild D' läßt sich mathematisch als Faltungsprodukt des Punktbildes h (s', t')des Abbildungssystems mit dem Eingangsmuster (gerades Darsteliungselement)The image D ' can be mathematically expressed as the convolution product of the point spread h (s', t') of the imaging system with the input pattern (straight display element)

D (u, v), multipliziert mit dem Abbildungsverhältnis ν des Abbildungssystems, beschreiben: D (u, v), multiplied by the imaging ratio ν of the imaging system, describe:

Dieses Abbild D' geht für den Ew?. des optimierten Winkelaufiösungsvermögens gerade in die zweidimensionale Autokorrelationsfunktion über, dann nämlich, wenn das Punktbild h (s', t') und das Rechteck [D(u,v)-v] mit den Abmessungen u'=u-v und ν'= ν ■ ι, gleiche Abmessungen haben:This image D ' goes for the Ew ?. of the optimized angular resolution straight into the two-dimensional autocorrelation function, namely when the point spread h (s ', t') and the rectangle [D (u, v) -v] with the dimensions u '= uv and ν' = ν ■ ι, have the same dimensions:

s' = u' und t' — v'. s '= u' and t '- v'.

Aus F i g. 1 ergeben sich die Größen 5, f', u'und v'zu
Ab From Fig. 1 results in the sizes 5, f ', u'and v'zu
away

bb ir.ir. \b\ b ^s ' ^s ' ■ α■ α \b\ b t' =t '= Abaway SS. b(b + b (b + I ,I, ■ \b)■ \ b) bb μμ SbSb \b\ b ■ α■ α \b\ b b +b + ff b(b 4 b (b 4 ■ \b)■ \ b) αα UU VV \b\ b \b\ b b +b + αα Einsetzen ergibt:Insertion gives: b +b + \b\ b αα αα bb b + b + \b\ b αα bb

u, u ,

s t b(b + Sb) ' stb (b + Sb) '

1 1 ¹ 1 1 ¹

Die zweite Ausführungsform der Erfindung wird anhand von F i g. 2 verdeutlicht. Dabei sind in der F i g. 2The second embodiment of the invention is illustrated with reference to FIG. 2 clarifies. In FIG. 2

Abmessungen und Abbildungsstrahlen in einer zur Zeichenebene der F i g. 2 senkrechten Ebene gestrichelt gezeichnet, während Abmessungen und Abbildungsstrahlen in der Zeichenebene selbst durchgezogen ausgeführt sind. In der Fig. 2 findet man links wiederDimensions and imaging rays in a to the drawing plane of FIG. 2 vertical plane dashed drawn, while dimensions and imaging rays are drawn through in the plane of the drawing itself are executed. In Fig. 2 one finds again on the left

den Gegenstand-y, bzw.-yin der zur Zeichenebene senkrechten Ebene, danach die Sammellinse 5 mit dem Pupillendurchmesser L und der eingefügten Spaltblende mit dem einengenden Pupillendurchmesser L', die Zylinderlinse Zund schließlich die Abbildung -^- bzw. -y in der anderen Ebene.the object-y or -y in the plane perpendicular to the plane of the drawing, then the converging lens 5 with the pupil diameter L and the inserted slit diaphragm with the constricting pupil diameter L ', the cylindrical lens Z and finally the image - ^ - or -y in the other Level.

Bei einer gegebenen Anordnung nach Fig. 2. festgelegt durch die Größen a. b. /", und f„ läßt sich das Winkelauflösungsvermögen optimieren durch Anpassen der öffnung i/einerden Pupillendurchmesser /.der Sammellinse 5 einengenden Spaltblende an die Strich-For a given arrangement of FIG. 2. determined by the sizes from / ", and f" of the opening i / a gestures pupil diameter /.der converging lens may be the angular resolution optimized by adjusting 5 confining slit in the stroke

IU__-_ .. Ja_ —.. .,™-_n-U_n;t,K.4rtn η InUn t\t I ■ H j ί ■■ I . j lJ.,...IU __-_ .. Ja_ - ... , ™ - _n -U _n ; t, K.4rtn η InUn t \ t I ■ H j ί ■■ I. j lJ., ...

'"(S U VJV! t-U VICIL/ \. '"(SU VJV! TU VICIL / \. \J\ J · IV-tt · IV-dd

Zeichen.Sign.

Zu dieser Bemessungsregel gelangt man durch die folgenden schrittweisen Überlegungen:This design rule can be reached through the following step-by-step considerations:

Das Winkelauflösungsvermögen ist dann optimiert, wenn die Schwärzung im Zentrum der Abbilder D'bzw. D"eines geraden Darstellungselementes Dder Länge υ und der Breite ν für Winkel <x = 0 bzw. .τ ein größtes Maximum erreicht.The angular resolution is optimized when the blackening in the center of the images D'bzw. D "of a straight display element D of length υ and width ν for angles <x = 0 or .τ reaches a largest maximum.

In Abweichung von der Anordnung nach Fig. 1 ergeben sich bei einer Anordnung nach Fig. 2 zwei Abbildungsebenen, in denen sich ein brauchbarer Richtungsfilterungseffekt einstellt.In a departure from the arrangement according to FIG. 1, an arrangement according to FIG. 2 results in two Mapping planes in which a useful directional filtering effect occurs.

Die beiden Abbilder D' bzw. D" lassen sich mathematisch als Faltungsprodukt der Punktbilder s' bzw. s"mit dem Eingangsmuster D(u. v), im ersten Fall multipliziert mit dem Abbildungsverhältnis i\ im zweiten Fall mit dem von i» abweichenden Abbildungsverhältnis v, beschreiben: The two images D ' and D " can be calculated mathematically as the convolution product of the point images s' and s" with the input pattern D (u. V), in the first case multiplied by the imaging ratio i \, in the second case with the one that deviates from i » Describe the magnification ratio v:

D' = χ' * [D(n. !·)·■■']
D" = s" + [D(I/. r) · ι■"] D ' = χ' * [D (n.! ·) · ■■ ']
D "= s" + [D (I /. R) · ι ■ "]

optimierten Winkelauflösungsvermögens daher nur in Richtung von i'bzw. s" jeweils in die eindimensionale Autokorrelationsfunktion über, dann nämlich, wenn die Punktbilder s'bzw. 5" und die Abmessungen u'=u ■ v' bzw. u"-u ■ r"der Rechtecke [D(u, ν ■ ν'] bzw. [D(u, ^v) ■ '"] gleich groß werden:optimized angular resolution capacity therefore only in the direction of i 'or. s " into the one-dimensional autocorrelation function, namely when the point spreads s' and 5" and the dimensions u '= u ■ v' or u "-u ■ r" of the rectangles [D (u, ν ■ ν '] or [D (u, ^v ) ■ '"] become the same size:

s' - »' bzw. s" = κ" .s '- »' or s" = κ ".

Wegen /'. t"=0 ist eine Anpassung an die Strichdicke der Zeichen nicht möglich und. wie bereits dargelegt. nicht notwendig.Because /'. t "= 0 , an adaptation to the line thickness of the characters is not possible and, as already explained, is not necessary.

Aus F i g. 2 ergibt sich nach kurzer Rechnung, daß die Abbilder D' bzw. D" nur für den Spezialfall c/=0 verzerrungsfrei sind. Für diesen, für die praktische Anwendung relevanten und ohne Schwierigkeiten in guter Annäherung realisierbaren Fall ergeben sich aus F i g. 2 die Größen s'. s". u'und u"zu:From Fig. 2, it emerges after a short calculation that the images D ' and D "are only distortion-free for the special case c / = 0. For this case, which is relevant for practical application and can be implemented without difficulty in a good approximation, FIG. 2 the sizes s'. S ". u'and u "to:

1: b1: b
^ss ⁼⁼ ι. ■ι. ■

s" = s " = /.' h /. ' H b)b) ■ κ . ■ κ. U =U = hH
■ 11 .■ 11.
(I(I. !(" =! ("= f_z[h -
/,</: + f _z [h -
/, </: +

Einsetzen unter Berücksichtigung der Abbildungscleichunc Insertion taking into account the image comparison

führt in beiden Fällen auflists in both cases

Die beiden Punktbilder s'bzw. s"sind in Abweichung von dem rechteckigen Punktbild h (s\ t')der Anordnung nach F i g. 1 wegen f. f"=0 nur strichförmig. 4 >The two point spreaders s' or. In deviation from the rectangular point pattern h (s \ t ') of the arrangement according to FIG. 1, s "are only line-shaped because of f. f" = 0. 4>

Die Abbilder D' bzw. D" gehen für den Fall desThe images D ' and D " go for the case of

L ■L ■

Hierzu 2 Blatt ZcichnunccnFor this purpose 2 sheets of drawing

Claims

Claims;

I, a method for recognizing signs attached to diffusely scattering carriers with at least one optical arrangement that prefers the display elements of a certain direction over other directions and a collecting screen on which the display elements of the symbol are displayed, as well as with photo detectors and a recognition logic, whereby the optical arrangement consists of the combination of a converging lens with a slit-shaped diaphragm and the distance between the collecting screen and the converging lens is greater than the focal length of the converging lens, characterized according to Patent 22 38 766, that the length s and width t of the slit diaphragm and the optical parameters according to the Length u and width ν of the straight display elements to be filtered out in the characters to be recognized are chosen so that the relationship between them

υ a- Abυ a- Ab

b(b + Ab)b (b + down)

is adhered to, where a is the object distance, ύ the image distance and .46 the distance of the defocusing in the direction of increasing image distance b and a and b with the focal length f via the imaging equation

1 1 1
T ⁴ T = J
are linked in a known manner.

2. A method for recognizing signs attached to diffusely scattering carriers with at least one optical arrangement that prefers the display elements of a certain direction over other directions and a collecting screen on which the display elements of the symbol are mapped, as well as with photodetectors and recognition logic, the optical arrangement from the combination one: collecting lens with a cylinder lens and the distance between the collecting screen and the cylinder lens is greater than the focal length of said lens combination, according to patent 22 38 766, characterized in that the distance between the collecting lens and cylinder lens is selected as small as possible, that In addition, a slit diaphragm which narrows the pupil diameter of the imaging convergent lens is provided between the converging lens and the cylinder lens and that the ratio of the opening L 'of this slit diaphragm to the line length u of the straight display elements to be filtered out in the z u recognizing signs of the relationship

L '_ LIb- /,)
u /, · b

is sufficient, the image distance, /, the focal length of the imaging lens collecting and b fr is the focal length of the cylindrical lens, and b with Λ on the imaging equation

III
uh L
is linked to a as the object distance.

The main patent 22 38 766 relates to a device for recognizing on diffusely scattering carriers Affixed characters with at least one of the display elements facing a certain direction other directions preferring optical arrangement and a collecting screen on which the Representation elements of the sign are mapped, as well as with photo detectors and a recognition logic, wherein the optical arrangement consists of the combination of a converging lens with a slit-shaped diaphragm and the distance between the collecting screen and the collecting lens is greater than the focal length of the Converging lens is

A second embodiment of the device of the main patent provides that the optical arrangement from the combination of a converging lens with a cylindrical lens and the distance between the collecting screen and the cylinder lens is greater than the focal length of said lens combination

The initially unexpected with both embodiments of the device according to the main patent The adjusting directional filtering effect is related to the Angular resolution and with regard to the usable contrast yield depending on the size and the Line width of the processed alphanumeric characters. One leaves the choice of the most important parameters the optical arrangement, such as focal lengths and diameters of the imaging lenses, dimensions of the Aperture, object and image widths etc. are random, so the results can be due to the directional nitration poor angular resolution and lack of contrast may not be satisfactory.

The surprising effect of directional filtering therefore requires scientific penetration quantitative optimization rules.

■ The invention is based on the object for each of the two embodiments specified in the main patent separate calculation rules between the relevant parameters of the respective used optisehen Arrangement and dimensions of the alphanumeric characters to be recognized for optimal To specify detection. In the case of the second embodiment, a dimensioning rule is first implemented Completion of the optical arrangement can be specified.

The above-mentioned object is achieved in the first embodiment of the device of the main patent, wherein the optical arrangement consists of the combination of a converging lens with a slit-shaped diaphragm, according to the invention in that the length s and the width t of the slit-shaped diaphragm and the optical parameters corresponding to the length u and the width ν of the straight display elements to be filtered out in the characters to be recognized are chosen so that the relationship between them